LTE系统中MIMO预编码技术研究

论文摘要

LTE （Long Term Evolution）项目是3G （3rd-Generation）的演进,它改进并增强了3G的空中接入技术,能够带来速率更高、技术更简单的增强型移动宽带体验。LTE具有频谱使用灵活、可与现有技术无缝互操作,以及网络部署和管理成本低廉等优势,目前已成为全球主流运营商的共同选择。LTE采用OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用）和MIMO （Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出）作为两项最主要的关键技术。MIMO技术通过多天线来提供空间分集和复用,能够获得比传统SISO （Single Input, Single Output,单输入单输出）系统更高的信道容量、传输可靠性和频谱效率。但MIMO系统中不可避免地存在多数据流或者多用户间的干扰,需要通过复杂的检测技术来恢复数据。然而,在蜂窝通信系统的下行传输中,由于受限于移动台的尺寸、功耗等,各种复杂检测技术往往很难实用；另外,在多用户MIMO系统中,由于各个用户接收机只能进行分布式处理,因此接收端的联合检测算法不适用。与接收端的MIMO检测算法不同,预编码技术是发射机利用信道状态信息调整发射策略,能够有效地抑制MIMO信道中的多用户干扰,显著提高信道容量,并能大大简化接收机处理复杂度,因而成为MIMO下行链路获得复用增益和分集增益的关键。本文主要对LTE中MIMO下行链路的预编码以及相关技术进行了研究。LTE协议中同时支持基于码本与非码本的预编码技术。对于基于码本的预编码技术,本文主要讨论了码本的设计和PMI （Precoding Matrix Indicator,预编码矩阵指示）的计算；对于基于非码本的预编码技术,本文主要讨论了几种基于信道分解的预编码算法,包括：SVD（Singular Value Decomposition,奇异值分解）算法,GMD（Geometric Mean Decomposition,几何均值分解）算法,UCD（Uniform Channel Decomposition,统一信道分解）算法以及LDLH算法。除此以外,本文还对适用于单用户MIMO情况下的预编码技术进行了综述与仿真研究,如ZF （Zero-Forcing,迫零）预编码算法、MMSE（Minimum-Mean-Square-Error,最小均方误差）预编码算法等典型的线性预编码算法和Costa预编码和THP（Tomlinson-Harashima Precoding）预编码等典型的非线性预编码算法。本文还讨论了多用户MIMO预编码技术,如块对角化预编码算法与最大化信号泄露噪声比预编码算法。在此基础上还考虑到了非理想信道状态信息的情况,并以此为背景讨论了适用于单用户MIMO和多用户MIMO情况下的各种预编码在非理想信道估计时候的具体性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 论文的主要结构
• 第2章 LTE及其下行预编码技术概述
• 2.1 LTE发展概述
• 2.1.1 LTE的技术特征
• 2.1.2 LTE中的MIMO技术
• 2.2 LTE中的下行预编码技术
• 2.2.1 LTE下行预编码技术概述
• 2.2.2 基于码本的预编码技术
• 2.2.3 基于非码本的预编码技术
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于信道分解的预编码技术
• 3.1 基于信道分解的预编码技术概述
• 3.2 奇异值分解（SVD）预编码算法
• 3.3 几何均值分解（GMD）预编码算法
• 3.4 统一信道分解（UCD）预编码算法
• H分解预编码算法'>3.5 LDL^H分解预编码算法
• 3.6 仿真结果与分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 单用户MIMO预编码技术
• 4.1 线性预编码技术
• 4.1.1 迫零预编码算法
• 4.1.2 最小均方误差预编码算法
• 4.2 非线性预编码技术
• 4.2.1 Costa预编码算法
• 4.2.2 Tomlinson-Harashima预编码算法
• 4.3 仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 多用户MIMO预编码技术
• 5.1 多用户MIMO系统模型
• 5.2 块对角化预编码
• 5.3 最大化信号泄露噪声比预编码
• 5.4 仿真结果与分析
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果